肉加工中亞硝酸鹽的作用及其替代物應用研究進展

周亞軍，李宗豪，李圣橈，陳 艷

（吉林大學食品科學與工程學院，吉林長春 130062）

隨著社會進步和食品工業的發展，肉制品的需求量呈現快速增長的趨勢，同時人們對于安全優質肉制品的意識也在不斷增強[1]。至今，亞硝酸鹽在肉制品行業占領著“統治”地位，是最常用的食品添加劑之一，它可以使肉制品呈現穩定的發色、抑制有害細菌的生長繁殖，并且在貯藏過程中可以延緩食品腐敗，改善肉類的風味和質構特性，穩定肉類產品中脂類的氧化狀態，同時也可以保持辛辣、煙熏的風味[2-4]。然而，如果亞硝酸鹽添加不當，輕者會造成機體缺氧，重者會生成強致癌物，對人體具有致癌、致畸、致突變作用（三致作用）[5-6]。隨著食品安全意識和綠色食品觀念愈發深入人心，人們對肉制品中添加亞硝酸鹽持消極態度，肉制品中添加亞硝酸量被關注與重視。因此，低硝肉制品的研究大勢所趨。怎樣才能在降低亞硝酸鹽的使用量或者直接不添加亞硝酸鹽的基礎上，仍能保持肉制品的風味和功能特性。近年來，研究人員一直在尋找亞硝酸鹽有效的替代品或者完全等同的替代物，目前為止仍未找到一種物質能夠完全替代它。有研究表明[7-8]，可以研制出一種無亞硝酸鹽腌制肉的混合多組分替代體系。根據目前國內外低硝肉制品的研究現狀，對不同種類亞硝酸鹽替代物的代替效果及其對肉制品品質的影響等方面進行綜述，旨在為我國以后低硝肉制品的發展提供一定的理論依據和實際參考價值。

1 亞硝酸鹽概述

1.1 性質

硝酸鹽（NIT）是一類無機化合物的總稱，經常被人們使用的是亞硝酸鈉。自然狀態下，亞硝酸鈉呈現白色或者微黃色晶體，多為粉末狀。在裸露空氣中，易吸水發生潮解，并且還易與氧氣發生反應生成硝酸鈉，化學性質活潑、不穩定。外觀及其滋味均與食鹽相似，在建筑和工業中應用廣泛[9]。根據相關研究報道，人體食用亞硝酸鹽中毒劑量為0.3~0.5 g，致死劑量為3 g[10]。亞硝酸鹽的生物半衰期為1 d[9]。

1.2 安全性

亞硝酸鹽是一種強氧化劑，人體攝入過量，則會產生許多危害，甚至造成不良后果。正常人體血液中鐵離子是以二價化合態的形式存在，有攜帶氧氣的功能，如果攝入過量，會蓄積到血液當中，將二價鐵離子氧化為三價，此時血紅蛋白將失去攜氧的功能，從而造成機體組織缺氧，形成高鐵血紅蛋白癥，臨床表現為呼吸困難、皮膚發青、血管擴張、血壓下降等癥狀，嚴重時可導致機體因呼吸衰竭而猝死[11]。另外，亞硝酸鹽還能與腌肉制品中蛋白質的分解產物——胺類化合物發生化學反應，生成一系列的N-亞硝基化合物，這些化合物在酸性條件下，會發生一系列變化，最終生成N-亞硝胺，具有強致癌性，長期大量攝入會危害機體健康[12]。

鑒于以上亞硝酸鹽在肉制品中的危害及大量攝入對人體造成的影響，科學家一直都在尋找它有效替代物。在肉制品加工過程中，亞硝酸鹽所發揮的作用是不可忽略的，比如發色作用、促進肉制品特殊風味的形成、抗氧化作用、抑菌作用等。添加過量則會對機體造成難以估算的損傷；添加過少或者不添加，就達不到腌肉制品所具有獨特的風味、口感與色澤，更不能抑制葡萄球菌等對人體有害細菌的生長，所以不能盲目地使用亞硝酸鹽。目前，科研界大多數致力于尋找亞硝酸鹽的替代物，從而減少使用量，如果有可能，將不再使用亞硝酸鹽，替代亞硝酸鹽在肉制品中所發揮的作用，保持肉制品原有的質構特性[13-14]。

1.3 在肉制品中的作用

1.3.1 護色作用

在肉制品加工過程中，目前常常通過添加亞硝酸鹽來保持肉品原本的色澤。例如，在屠宰動物后，其體內會發生一系列生化反應，比如酵解作用，使體內的糖原轉化為乳酸，處于酸性環境。亞硝酸鹽處于此環境中，便會生成亞硝酸，而亞硝酸是不穩定狀態，繼續分解為亞硝基和NO，亞硝基會與肉制品中的肌紅蛋白和血紅蛋白結合，產生亞硝基肌紅蛋白和亞硝基血紅蛋白，從而使肉品呈現鮮紅色，提高肉品的感官品質。假設以上某個環節出現偏差便會影響肉品的呈色效果。這就是亞硝酸鹽的發色機理[15-17]。與鐘耀廣等人[18]的研究結果基本吻合。

1.3.2 抗氧化和改善風味功效

脂類氧化是造成肉制品品質下降的主要原因之一。造成這種現象主要由于肉及其制品在加工、運輸、貯藏期間，受到某些理化因素的影響，如熱、光、微生物和氧氣等因素，產生各種臭味和異味，降低食品的營養價值和感官品質，甚至可能產生具有毒性的物質[19]。有試驗研究表明[20]，亞硝酸鹽可以使肉制品產生特殊的風味、抗氧化的同時，還可以產生一些芳香烴的物質如醛類，能夠防止“過熟味”，從而形成特有的風味與香氣。Huang Z等人[21]的研究結果報道，目前亞硝酸鈉在肉制品中發揮抗氧化作用有4種大家比較認可的機理：亞硝酸鈉和碳碳雙鍵發生復雜反應，從而影響了肉質，趨于穩定；與血紅素蛋白中的鐵發生反應，生成絡合物，從而間接阻止了血紅素蛋白與過氧化氫的結合；發生契合反應；與肉中的某些物質產生反應，生成類似抗氧化活性的物質，如亞硝基和亞硝酰基化合物，從而發揮作用。

1.3.3 抑菌作用

亞硝酸鹽是一種良好的抑菌劑，其被普遍應用于肉加工中的一個重要原因就是對肉毒梭狀芽孢桿菌有強烈的抑制作用，肉毒梭菌是一種厭氧、孢子形成的革蘭氏陰性菌，廣泛分布于自然界，它在食品中產生最強的毒素，肉毒桿菌神經毒素（Botulinum neurotoxin，BoNT） 的能力使這種病原體成為一個主要的食品安全問題[22]。另外，亞硝酸鹽還被證明，對蠟樣芽胞桿菌、金黃色葡萄球菌、單細胞增生李斯特菌和產氣莢膜桿菌等有毒有害菌具有抑制作用[23]。據董慶利等人[24]研究結果表明，亞硝酸鹽之所以能夠抑制肉毒梭菌產毒，其機理可能有：阻止能量代謝、DNA和基因表達被抑制、細胞壁和細胞膜的表達受到限制。

2 亞硝酸鹽替代物的研究進展

自從1950年，Magee首次報道二甲基亞硝胺（N-nitrosodime-thylamine，NDMA） 可引起肝癌，隨后發現亞硝酸鹽可以與各種胺類反應形成小分子量的亞硝胺（N-nitrosamines，RNNOs），從此國內外科學家掀起了尋找肉制品中亞硝酸鹽替代物研究的高潮[25]。遺憾的是，至今為止都未曾尋找出一種能夠完全代替亞硝酸鹽作用的替代物。目前，科學家較傾向于從以下幾個方面來入手去尋找亞硝酸鹽有效的替代物：①減少肉制品生產過程中亞硝酸鹽的使用量，從而降低亞硝酸鹽的殘留量問題；②利用某種特殊方法來抑制亞硝胺的形成，從而減少對人體的危害；③由發色劑、螯合劑、抗氧化劑、抑菌劑等組成的混合體系替代亞硝酸鹽的添加劑[5，26]。鑒于此，從亞硝酸鹽所發揮作用考慮，主要從發色、抑菌、抗氧化的替代物等方面對國內外研究現狀進行綜述。

2.1 發色作用替代物

隨著社會的進步和科技的發展，亞硝基血紅蛋白（Nitrosohaemoglobin，HbNO）越來越受到科研工作者的青睞，這是因為HbNO作為一種新型且安全的肉品發色劑，有著其他著色劑、食品添加劑、色素等所無法媲美的得天獨厚的優勢，美中不足的是，它在自然空氣中，對光、Fe2+敏感，穩定性不高，易氧化變色[27]。張紅濤等人[28]研究了糖化亞硝基血紅蛋白（Glycosylated nitroso hemoglobin，G-HbNO） 制備工藝的優化及在肉糜中的應用，結果表明合成的G-HbNO可以作為亞硝酸鹽發色作用的替代物，不僅具有良好的發色效果，還可降低亞硝酸鈉的添加量，初步實現了肉制品中低硝化。黃群等人[29]在研究中指出，以豬血為原料進而合成新型肉制品著色劑HbNO是可行的，并且產物的色澤、穩定性有了較大的改善，同時還豐富了人體對微量元素和營養物質的攝取，比如鐵和優質蛋白質。此外，Liu P X等人[30]研究發現，G-HbNO減少了亞硝酸鹽殘留并抑制了脂質氧化和腸桿菌科的生長，顯示出作為肉制品中亞硝酸鈉替代品的巨大潛力。綜上所述，HbNO在保持肉制品色澤的同時，降低了亞硝酸鹽的含量，實現了低硝，保證了肉制品的安全，提高了產品的感官特性。

紅曲色素是由紅曲霉的菌絲在生長代謝過程中所產生分泌的一種天然色素，是紅曲霉的次級代謝產物，紅曲色素來源于微生物[31-32]。研究者經過多年探索和試驗，得出紅曲色素具有著色、防腐、保健和藥用價值[33]。由于紅曲色素的著色、防腐效果，紅曲色素被廣泛應用于肉制品和腌制品中，可以增強食品的風味，賦予食品特殊的色澤，延長保質性，還可以降低亞硝酸鹽的使用量。近年來，由于食品工業的不斷發展和人們不斷追求綠色食品，紅曲色素越來越受人們的歡迎與寵愛，在臘肉、火腿腸、香腸等肉制品加工中已被廣泛應用。Liu D C等人[34]將接種過紅曲霉的安卡米加入到香腸中，發現25 mg/L亞硝酸鹽和0.25%安卡米的香腸與100 mg/L亞硝酸鹽的香腸在色度上沒有顯著差異，并且貨架期延長，在4℃條件下貯藏28 d無顏色變化，是可接受的。鄭立紅等人[35]的研究結果表明，低硝臘肉中紅曲色素的添加量為0.14 g/kg（亞硝酸鈉使用量為0.04 g/kg）時即可滿足消費者感官要求，同時穩定性也有較大提高。杜鵑等人[36]研究指出，添加0.2 g/kg紅曲色素和0.06 g/kg亞硝酸鈉制作的花生蛋白灌腸，與添加0.15 g/kg亞硝酸鈉制作的花生蛋白灌腸的感官品質和理化性質最為接近。Fabre C E等人[37]研究將紅曲色素加入到香腸中，在4℃下可以穩定貯藏3個月（穩定性在95%左右），可以替代一些傳統的食品添加劑，如亞硝酸鹽。因此，紅曲色素可以作為肉制品加工中的發色劑使用，來代替部分亞硝酸鈉，實現肉制品的低硝，應用前景廣闊。

2.2 抑菌作用替代物

亞硝酸鹽在肉制品腌制過程中對有害細菌的生長繁殖起著很重要的作用，尤其是對肉毒梭狀芽孢桿菌的抑制作用較明顯。目前，科學家比較深入廣泛地研究亞硝酸鹽替代物大致有以下幾種：山梨酸鉀、乳酸鏈球菌素、乳酸（鹽）、乳酸菌發酵、多聚磷酸鹽、次磷酸鹽、抗氧化劑、延胡索酸酯和輻射殺菌等。

在亞硝酸鹽各種替代物的研究中，山梨酸鉀被研究者所青睞。山梨酸鉀主要使有害微生物的生長繁殖受到抑制，活性減弱，從而達到抑菌、防腐的目的。在防腐過程中能夠不改變食品原有的營養成分，以及食品的色、香、味，山梨酸鉀因其抑菌、防腐、安全的性能，在食品行業中被廣泛應用，目前是食品加工中比較常用且綠色的食品添加劑之一[38]。Vareltzis K等人[39]測試了甜菜堿/山梨酸鉀混合體系與傳統亞硝酸鹽體系對法蘭克福香腸中微生物的生長和顯色效果，結果顯示，在4℃和20℃條件下，甜菜堿/山梨酸鉀體系對芽孢桿菌的生長有較好的抑制作用。相關試驗研究結果表明[40]，40~80 mg/L亞硝酸鹽與0.20%山梨酸鉀聯合抗肉毒梭菌的作用與120 mg/L亞硝酸鹽的作用等效。除了肉毒梭菌外，這一水平的山梨酸鹽也可以抑制肉制品中其他有害菌，如金黃色葡萄球菌，進一步防止其腐敗變質。以上試驗為山梨酸鉀可能作為亞硝酸鹽替代物提供了理論依據。

乳酸鏈球菌素（Nisin）是一種多肽物質，是由乳酸鏈球菌在代謝過程中產生的無毒、高效、天然的防腐劑，在人體代謝過程中可以分解為小分子氨基酸。它對肉毒梭狀芽孢桿菌、李斯特菌等革蘭氏陽性菌有明顯的抑制作用[41]。Ghabraie M等人[42]通過在香腸模型中加入乳酸鏈球菌素和亞硝酸鹽的抗菌作用的研究，發現Nisin對肉制品中單核細胞李斯特菌的生長有顯著的影響。徐海祥等人[43]通過研究得出，添加600 mg/kg Nisin及40 mg/kg亞硝酸鹽制作的中式香腸，與按90 mg/kg添加亞硝酸鹽制作的中式香腸品質差異不顯著。綜上所述，Nisin不僅可以代替部分亞硝酸鹽的使用量，還能夠抑制有害菌的生長、延長產品的貨架期、防腐抗菌、防止中毒，從而大大提高食品的安全性與綠色性。

2.3 其他

茶多酚具有抗氧化作用，而且還具有光譜強效的抗菌作用，是一種天然的食品抗氧化劑，主要存在于茶葉中。杜偉等人[44]添加一定量的茶多酚于香腸中，不僅可以降低產品中亞硝酸鈉的殘留量（最低可達57.54%），而且還可以有效地防止脂質氧化。最近葡萄籽和板栗也受到研究者的關注。Aquilant C等人[45]通過添加葡萄籽提取物和板栗提取物來替代亞硝酸鹽發現，未檢出有害細菌，脂質氧化與亞硝酸鹽并無差異，消費者的總體可接受性良好，可作為香腸中亞硝酸鹽的有效替代品。有試驗研究表明[46-48]，天然調味品——姜、蒜、姜黃也有抗菌、抑菌作用。Sharma J等人[48]通過姜黃粉對雞肉的抗氧化作用研究，結果表明，姜黃具有替代目前用于肉類加工的合成抗氧化劑的潛力。Goswami M等人[46]通過將雞肉泥中添加大蒜、生姜、姜黃的混合調味品來評估抗氧化和抗菌效果，研究表明，姜、蒜和姜黃具有很好的抗氧化性能，比亞硝酸鹽的抗氧化效果明顯，并且對肉毒梭狀芽孢桿菌和大腸桿菌有明顯的抑制作用，所以可以采用多種調味品組合的形式來代替亞硝酸鹽為今后科研工作者尋找良好亞硝酸鹽替代物指明了一個可行性研究方向。

芹菜是人們日常生活中經常食用的一種蔬菜，芹菜中富含多種維生素、礦物質和黃酮類化合物。此外芹菜中富含硝酸鹽，亞硝酸鹽含量極低，是一種天然的硝酸鹽資源庫，對腌肉制品具有一定的抗氧化和發色功能。夏文銀等人[49]在芹菜粉對香腸品質的研究中發現添加0.2%的芹菜粉可以顯著降低產品中亞硝酸鹽的殘留量（比對照組低75%左右），腌肉制品的外觀色澤更加鮮美、明亮，同時抗氧化效果最佳。Zhang N L等人[50]通過試驗證明發酵芹菜粉可以代替傳統的亞硝酸鹽，并且還可以抑制單核細胞增生李斯特菌的生長，而不會對產品的品質和感官特性帶來負面影響。以上研究表明，芹菜粉應用于肉制品中，可以顯著降低亞硝酸鹽的添加量，并且在一定程度上保證了食品的安全性。

3 結語

綜上所述，自從20世紀70年代以來，人們發現在肉制品中添加過量亞硝酸鹽被人體吸收之后會形成致癌物質亞硝胺，對人體帶來巨大的威脅。科研工作者就一直在積極尋找亞硝酸鹽有效替代物。眾所周知，亞硝酸鹽在腌制肉品中集多種功能于一體，比如防腐、抑菌、改善色澤、增強食品風味等。這些年來，盡管研究者找到各式各樣的替代物，但是它們單獨的替代效果并不明顯，并不能完全發揮亞硝酸鹽所起的作用，只能替代部分作用，而不是全部。亞硝酸鹽在食品中的作用是舉足輕重的，但是它的弊端也不容忽視。由于亞硝酸鹽的無法代替，外加其成本較低，目前仍會是肉類加工企業的首選。

隨著經濟高質量增長和安全意識的不斷增強，食品安全問題顯得格外重要，人們在不斷追求綠色食品、無公害食品和一些功能性食品的同時，也開始愈發關注低硝肉制品，換句話來講，在吃飽的同時更加注重追求營養與健康。如何降低肉制品的亞硝酸鹽含量及其替代物的問題，仍是未來學術界一個重要的研究方向，驅動著一批批科研工作者不懈為之奮斗。另外，為了滿足人類的需要，在尋找亞硝酸鹽替代物的同時，也可能開發出一部分功能性肉制品，比如加入鐵、鋅、鈣等人類容易缺失的微量元素。功能性肉制品也將會是未來肉類行業的一個風向標。相信，在不久的將來，科研工作者一定會找到一種或者幾種能夠完全代替亞硝酸鹽的既經濟又實惠的替代物，具有較高的研究價值和廣闊的市場前景，讓我們共同拭目以待。